Отслеживание изменений в количестве мюонов, достигающих чувствительных детекторов, даёт возможность прогнозировать колебания уровня моря и подготовиться к надвигающейся разрушительной волне.
Цунами представляют значительную угрозу для густонаселенных прибрежных районов, особенно учитывая сложность прогнозирования этих океанических волн. Для своевременного обнаружения опасности и принятия необходимых мер, за цунами ведут наблюдение, используя разнообразные инструменты и методы.
За уровнем воды следят спутники, морские буи и датчики, измеряющие высоту приливов и колебаний магнитного поля Земли. Детекторы мюонов могут стать новым и, вероятно, наиболее удобным инструментом для мониторинга цунами. О первой подобной работе рассказывается в статье В журнале была опубликована работа Хироюки Танаки (Hiroyuki Tanaka) и его соавторов Scientific Reports.
Мюоны — динамичные и непостоянные элементарные частицы. Они образуются в момент столкновения высокоэнергетических космических лучей с верхними слоями земной атмосферы, что приводит к образованию множества вторичных частиц. Мюоны существуют недолго, но характеризуются высокой проникающей способностью, позволяющей им преодолевать значительные объемы вещества до распада. Ежесекундно сотни тысяч мюонов проходят сквозь наше тело.
Для регистрации этих частиц применяются детекторы, находящиеся под землей. Японские ученые, к примеру, использовали TS-HKMSDD, который был установлен в тоннелях подводного транспортного тоннеля Tokyo Bay Aqua-Line, проходящего под дном Токийского залива.
Прибор, обладающий высокой чувствительностью, фиксирует незначительные изменения в потоке мюонов, обусловленные колебаниями объема воды, через которую они проходят на пути к детекторам. Несмотря на высокую проникающую способность мюонов, большая толщина жидкости, через которую они движутся, приводит к рассеиванию большей части частиц. Именно эти изменения позволили японским ученым предвидеть приближение цунами.
Авторы проанализировали данные, полученные с датчика TS-HKMSDD в сентябре 2021 года, когда цунами умеренной силы прошло на расстоянии 400 километров к югу от Токийского залива. В этот период детекторы зафиксировали мюонные колебания, что позволило в реальном времени и с высокой степенью уверенности спрогнозировать приближение волны. По словам ученых, такой метод быстрее и дешевле обычных, а необходимая аппаратура сравнительно проста в обслуживании.
Детекторы мюонов – это высокоточные приборы, размеры которых составляют всего несколько метров. Около 20 таких устройств уже установлены в Токийском заливе, и в целом планируется их установка более чем 500. Благодаря компактности, эти установки могут быть размещены в различных регионах, подверженных риску внезапного цунами. Хироюки Танака также отмечает, что ученые в Финляндии и Великобритании уже проводят испытания этого нового метода.